一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法技术

一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法，属于固态锂金属电池制备领域。本发明专利技术采用双路易斯酸的协同作用在原位固态电解质和锂金属界面构筑具有自修复功能的双界面层策略，先通过在锂金属表面滴加含第一路易斯酸的溶液，原位生长一层含LiCl或LiBr或LiI的A

【技术实现步骤摘要】
一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法


[0001]本专利技术属于固态锂金属电池制备领域，具体涉及一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法，采用双路易斯酸的协同作用在原位固态电解质和锂金属界面构筑具有自修复功能的双界面层。

技术介绍

[0002]随着化石能源逐渐面临枯竭和温室效应等环境问题日益严重，发展高效环保的新能源显得尤为重要。新能源的储存需求促使储能体系的发展，其中锂二次电池储能系统凭借其优异的循环性能而受到广泛的研究和应用。传统的液态电解液锂电池因其存在严重的安全问题而受到应用限制，固态电解质很好地解决了传统电解液的泄露和易燃烧问题。因此发展高能量密度、超长循环性能的固态电解质电池将成为锂二次电池的未来重点发展方向，进一步探索出高容量、轻重量或小体积、稳定的固态电池体系显得尤为关键。
[0003]固态电池体系主要包括正极、固态电解质和负极，高理论比容量的正极材料适配高理论比容量的负极材料将使得电池体系(如锂硫电池，锂空电池)具有更高的能量密度，其中锂金属凭借其高的理论比容量、超低的电化学电位和低的密度成为极佳的负极材料。其中固态电解质又分为无机固态电解质和聚合物电解质。无机固态电解质尽管其离子电导率高、循环能力强，但因脆性大、不易大规模生产、同时与电极界面相容性差等问题制约了其大规模的产业化。聚合物电解质分为原位聚合物电解质和非原位固态聚合电解质，由于原位聚合物电解质和电极具有更优的界面相容性，同时其更简单的制备工艺、环境友好的生产流程使得原位固态聚合物电解质具有更好的商业化应用前景。
[0004]原位固态聚合物电解质应用于锂金属电池具有高的能量密度，是新一代锂电的重点技术。然而，锂金属活泼的性质以及原位固态聚合物电解质的不稳定性，会导致锂金属与电解质界面不稳定的问题。原生的固态电解质界面层(SEI)疏松不致密，粘性低，使得SEI膜容易脱落，失去活性形成死锂；同时新暴露出的锂金属持续与原位固态电解质反应，造成固态锂金属电池体系界面阻抗不断增大，锂枝晶生长问题突出，库伦效率低，循环寿命短。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
提到的现有原位固态聚合物锂金属电池存在固态电解质性能不佳、电极与电解质界面稳定性差的问题，提出了一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法。本专利技术采用双路易斯酸的协同作用在原位固态电解质和锂金属界面构筑具有自修复功能的双界面层策略，先通过在锂金属表面滴加含第一路易斯酸的溶液，原位生长一层固态电解质界面(A
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SEI)作为第一保护层，再在原位固态电解质固化液中添加第二路易斯酸在锂金属表面形成第二保护层，同时路易斯酸无机添加剂兼具促进锂盐解离和提供锂金属表面SEI膜自修复的效果，有效提高了原位固态锂金属电池的循环寿命。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、对锂金属负极表面进行预处理，原位生长一层A
‑
SEI膜；
[0009]1.1将第一路易斯酸加入二甲亚砜中，搅拌2h混合均匀，得到混合液A；其中，第一路易斯酸在二甲亚砜中的含量为0.1～0.5wt.％；
[0010]1.2将步骤1.1得到的混合液A滴加至锂金属负极表面，每1cm2锂金属负极上滴加20～50μL的混合液A，倾斜锂金属负极使其被混合液A完全覆盖，保持5～10s；
[0011]1.3用四氢呋喃清洗步骤1.2处理后的锂金属负极，洗去残余的混合液A；
[0012]1.4将步骤1.3处理后的锂金属负极在充满氩气的手套箱中干燥1～3天；
[0013]步骤2、固态电解质原位固化前驱液的制备；
[0014]2.1将10～20质量份的单体和2～8质量份的多官能团交联剂混合，搅拌10min混合均匀，得到混合液B；
[0015]2.2在混合液B中加入1～5质量份的锂盐，搅拌30min混合均匀，得到的混合液C在2～8℃条件下存放；
[0016]2.3在混合液C中加入1.56～3.96质量份的第二路易斯酸，搅拌1～3h，得到混合液D；
[0017]2.4在混合液D中加入0.02～0.14质量份的引发剂和62.90～85.24质量份的增塑剂，搅拌30min，得到固态电解质原位固化前驱液；
[0018]步骤3、将正极极片、多孔骨架膜和步骤1处理后的锂金属负极依次层叠后，铝塑膜封装得到带多孔骨架膜的电芯；然后在带多孔骨架膜的电芯中注入步骤2配制的原位固化前驱液，每1cm2中加入20～50μL，在45～80℃温度下原位固化0.5h～8h，形成固态电解质，完成基于原位固化的锂金属电池的制备。
[0019]其中，所述第一路易斯酸为CuCl2、CuI2、FeCl3、AlCl3、AlBr3、AlI3中的一种；所述第二路易斯酸为CuF2、AlF3、FeF3中的一种。
[0020]其中，所述单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯中的一种；所述多官能团交联剂为季戊四醇四丙烯酸酯、低聚乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种；所述锂盐为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiPF6、LiDFOB、LiBOB中的一种。
[0021]其中，所述增塑剂为0.8～4mol/L的锂盐溶液，锂盐溶液的溶质为LiTFSI、LiFSI、LiClO4、LiPF6、LiDFOB、LiBOB中的一种或两种，溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、1,3
‑
二氧戊烷(DOL)、乙二醇二甲醚(DME)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或几种；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈中的一种。
[0022]其中，所述多孔骨架膜为木质纤维素膜、电纺聚酰亚胺膜、玻璃纤维膜、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、电纺聚偏氟乙烯膜中的一种，厚度小于100μm；正极极片的活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰三元正极、硫正极中的一种。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术提供的一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法，采用双路易斯酸的协同作用在原位固态电解质和锂金属界面构筑具有自修复功能的双界面层策略，先通过在锂金属表面滴加含第一路易斯酸的溶液，原位生长一层含LiCl或LiBr或LiI的A
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SEI膜作为第一保护层，抑制锂金属与原位固态电解质的副反应；再在原位固态电解质固化液中添加第
二路易斯酸，持续提供构筑高锂离子扩散的含锂合金和高模量界面层富LiF的原料，对双界面层缺陷进行自修复，构筑第二保护层。本专利技术解决了原位固态锂金属电池界面极不稳定的问题，制备得到了兼容的高性能原位固态电解质，获得高能量密度、高库伦效率和超长的循环寿命的锂金属电池。
附图说明
[0025]图1为实施例1与对比例1得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于原位固化的锂金属电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对锂金属负极表面进行预处理；1.1将第一路易斯酸加入二甲亚砜中，搅拌混合均匀，得到混合液A；其中，第一路易斯酸在二甲亚砜中的含量为0.1～0.5wt.％；1.2将步骤1.1得到的混合液A滴加至锂金属负极表面，每1cm2锂金属负极上滴加20～50μL的混合液A，保持5～10s；1.3用四氢呋喃清洗步骤1.2处理后的锂金属负极，并置于手套箱中干燥；步骤2、固态电解质原位固化前驱液的制备；2.1将10～20质量份的单体和2～8质量份的多官能团交联剂混合，搅拌混合均匀，得到混合液B；2.2在混合液B中加入1～5质量份的锂盐，搅拌混合均匀，得到的混合液C在2～8℃条件下存放；2.3在混合液C中加入1.56～3.96质量份的第二路易斯酸，搅拌，得到混合液D；2.4在混合液D中加入0.02～0.14质量份的引发剂和62.90～85.24质量份的增塑剂，搅拌，得到固态电解质原位固化前驱液；步骤3、将正极极片、多孔骨架膜和步骤1处理后的锂金属负极依次层叠后，铝塑膜封装得到带多孔骨架膜的电芯；然后在带多孔骨架膜的电芯中注入步骤2配制的原位固化前驱液，每1cm2中加入20～50μL，在45～80℃温度下原位固化0.5h～8h，形成固态电解质，完成基于原位固化的锂金属电池的制备。2.根据权利要求1所述的基于原位固化的锂金属电池的制备方法，其特征在于，所述第一路易斯酸为CuC...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐自强，张兴伟，方梓烜，吴津田，吴孟强，周海平，张庶，冯婷婷，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：